Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Neue Materialien: Strahlendes Weiß ohne Pigmente

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Nach dem Vorbild des weißen Käfers Cyphochilus insulanus erzeugt ein nanostrukturierter Polymerfilm eine strahlend weiße Beschichtung.

Nach dem Vorbild des weißen Käfers Cyphochilus insulanus erzeugt ein nanostrukturierter Polymerfilm eine strahlend weiße Beschichtung. (Foto: Julia Syurik, KIT)

Nanostrukturierte Polymerfolie erreicht weiße Optik ohne Einsatz von umweltbelastendem Titandioxid – Käferpanzer als Vorbild

Polymerfolien, die extrem dünn sind und eine hohe Lichtstreuung aufweisen, sind das Ergebnis eines neuen Verfahrens aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das kostengünstige Material lässt sich industriell auf unterschiedlichsten Gegenständen aufbringen, um ihnen eine attraktive weiße Optik zu verleihen. Zudem kann das Verfahren Produkte umweltfreundlicher machen. Weiterlesen

Qualitätssicherung mittels Spektroskopie bei der laserbasierten experimentellen Werkstoffentwicklung

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Abstract

Die Entwicklung und Verfügbarkeit von Werkstoffen und den aus ihnen herstellbaren Werkzeugen und Produkten sind seit jeher die Basis für den technischen und sozialen Fortschritt. Nicht zuletzt für metallische Konstruktionswerkstoffe gilt jedoch, dass ihre Leistungsgrenzen in vielen Anwendungsgebieten bereits erreicht worden sind. Die zunehmenden Anforderungen an Eigenschaften und Qualität der Werkstoffe machen somit Innovationen in der Werkstoffentwicklung erforderlich. Mit der neuen Methode des Laser-Tieflegierens sollen die Grenzen der konventionellen Schmelzmetallurgie überwunden werden. Das Ziel dieser experimentellen Werkstoffentwicklung ist eine hochdurchsatzfähige und reproduzierbare Erzeugung von chemisch homogenen Legierungsvarianten. Die Beherrschung des Tieflegierprozesses hinsichtlich der Homogenität des Umschmelzbades ist hierfür ein wichtiger Schritt und soll mittels in-situ-Erfassung des Emissionsspektrums des prozessinduzierten Plasmas sichergestellt werden. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass der zeitliche Verlauf einer Chromlinie dafür geeignet ist, während des Umschmelzvorgangs die Veränderung des Elementgehaltes innerhalb des Umschmelzbades zu beobachten. So stellte sich beim Tieflegieren von einem Grundsubstrat aus unlegiertem Einsatzstahl 1.0401 mit einer vordeponierten Schicht aus einem pulverförmigen Edelstahl 1.4404 die Intensität der Chromlinie spätestens nach zwei Umschmelzvorgängen, was einer Dauer von 1,1 s entspricht, auf ein konstantes Niveau ein.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

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Eine Legierung, die bei hohen Temperaturen ihr Gedächtnis behält

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Auch beim hundertsten Mal findet das Material beim Erhitzen in seine ursprüngliche Form zurück.

Per Computersimulation berechnete Alberto Ferrari einen Designvorschlag für eine Formgedächtnislegierung, die auch bei hohen Temperaturen lange leistungsfähig bleibt. Alexander Paulsen stellte sie her und bestätigte experimentell die Vorhersage. Mit der Legierung aus Titan, Tantal und Skandium steht nicht nur eine neue Hochtemperaturformgedächtnislegierung zur Verfügung. Das Forschungsteam vom Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (Icams) und vom Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat auch gezeigt, wie man mithilfe theoretischer Vorhersagen schneller zu neuen Materialien kommt. Weiterlesen

Leicht, stark und zäh: Forscher der Universität Bayreuth entdecken einzigartige Polymerfasern

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Elektrospinnen einer multifibrillaren Polyacrylnitrilfaser.

Elektrospinnen einer multifibrillaren Polyacrylnitrilfaser. © Universität Bayreuth / Jürgen Rennecke.

Extrem belastbar und zugfest, und dabei zäh und federleicht – Materialien mit dieser außergewöhnlichen Kombination von Eigenschaften werden in vielen Industriebranchen sowie in der Medizin dringend benötigt und sind ebenso für die wissenschaftliche Forschung von großem Interesse. Polymerfasern mit eben diesen Eigenschaften hat jetzt ein Forschungsteam der Universität Bayreuth entwickelt. Gemeinsam mit Partnern in Deutschland, China und der Schweiz wurden die Polymerfasern charakterisiert.
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Luftig-leichte Iridium-Elektrode

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Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode

Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode
Copyright: C. Hohmann, LMU

Das Edelmetall Iridium ist bestens für die Gewinnung von Wasserstoff per Elektrolyse geeignet – und enorm teuer. Richtig sparen kann man mit einer neuen Elektrode aus hochporösem Material, die bereits mit einem Hauch Iridiumoxid hervorragende Ergebnisse erzielt.

Das Motto einer besonders effektiven Elektrolysemethode zur Wasserstoffgewinnung lautet: Membran statt flüssigen Elektrolyten. Die Wasserstoff-Ionen wandern hierbei über eine Protonen-Austausch-Membran (PEM) von der Sauerstoff bildende Anode zur Wasserstoff bildenden Kathode. Die Membrantechnik hat viele Vorteile. Die Elektrolysezelle wird durch die dünne Membran schlanker und vielseitiger einsetzbar. Das System ist ohne Elektrolytlösung fast wartungsfrei. Es hält hohen Druck aus und reagiert in Sekundenschnelle auf schwankende Stromzufuhr. Weiterlesen

Neue Verbundwerkstoffe: biobasiert, funktionalisiert und mechanisch hochfest

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Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

© Fraunhofer ICT
Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

Die große Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten macht klassische Faserverbund-Werkstoffe in der Produktion beliebt – trotz relativ hohem Herstellungs- und Entsorgungsaufwand. Diese Nachteile vermeidet der neue selbstverstärkte Verbundwerkstoff aus Polyactid (PLA), der im Rahmen des Projektes »Bio4self« unter Beteiligung des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickelt wurde. Er ist biobasiert, leicht zu recyceln und günstiger in der Produktion – ideal für den Einsatz in Sport-, Automobil- und medizinischen Anwendungen. Weiterlesen

Bioplastik aus Abfallfetten

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Jährlich werden 450 Millionen Tonnen Plastik weltweit produziert. Ein zaghafter Ansatz, der Plastikplage Herr zu werden, ist PHA. Die drei Buchstaben stehen für Polyhydroxyalkanoate. Es sind Biopolymere und werden als Bioplastik bezeichnet, weil PHA ähnlich thermoplastisch verformbar ist wie Plastik aus fossilen Rohstoffen. „Aber das war es dann auch schon an Gemeinsamkeiten“, sagt Dr.-Ing. Sebastian L. Riedel, der zusammen mit Dr.-Ing. Stefan Junne an der Herstellung von PHA forscht. Und auch Bioplastik ist nicht gleich Bioplastik. „Die Hälfte der zwei Millionen Tonnen Bioplastik, die derzeit pro Jahr weltweit produziert werden, ist biologisch nicht abbaubar und die andere Hälfte teilweise nur schwer“, weiß Riedel. Da ist PHA aus anderem „Schrot und Korn“. Es wird im Wasser und Boden vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut und ist für die Gesundheit mit keinem Risiko verbunden. Weiterlesen

Zuverlässige Leistungselektronik für die Elektromobilität

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Eingebettetes Silizium-Carbid auf dem Weg zur Serienproduktion in der Elektromobilität.

© Volker Mai/Fraunhofer IZM
Eingebettetes Silizium-Carbid auf dem Weg zur Serienproduktion in der Elektromobilität.

Silizium-Carbid wird seit mehreren Jahren in der Forschung als vielversprechendes alternatives Material in der Halbleiter-Branche getestet. Im Projekt SiC Modul wollen Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM gemeinsam mit ihren Partnern den Leistungshalbleiter auf den Weg zur industriellen Fertigung bringen und somit die Effizienz des Antriebssystems von Elektrofahrzeugen und damit auch ihre Reichweite weiter erhöhen. Weiterlesen

Carbonbeton – Schlank, leicht, umweltfreundlich

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3D-Visualisierung der entworfenen integralen Überführungsbrücke mit Halbfertigteilen aus vorgespanntem Carbonbeton
© sbp

Einsturzgefahr, Sperrungen, notwendige Investitionen in Milliardenhöhe. Der größte Feind aller großen Brücken weltweit ist Korrosion. In Deutschland gibt es allein 40 000 stolze Fluss- und Autobahnbrücken aus Stahlbeton. Und sehr viele davon haben ihre beste Zeit hinter sich. Gebaut zwischen 1960 und 1985 müssen etwa die Hälfte von ihnen in naher Zukunft ersetzt werden. Der Grund: Durch Schäden, selbst feinste Risse, im Beton dringt Wasser ein und setzt über Jahrzehnte der Stahlbewehrung zu. Die Hoffnung auf Rettung richtet sich deshalb auf einen innovativen Verbundbaustoff, der den Brückenbau revolutionieren soll: Carbonbeton. Nun wurde die weltweit erste integrale vorgespannte Carbonbeton-Brücke zu Forschungszwecken an der TU Berlin aufgebaut. Weiterlesen

Zuckerrübenschnitzel – ein neuer faserartiger Bestandteil für Verbundwerkstoff

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Abbildung 1 REM Aufnahmen (© Fraunhofer UMSICHT) von Zuckerrübenschnitzelmahlgut (Herkunft: Jäckering Mühlen und Nährmittelwerke GmbH ) mit D50 ~ 250 μm links und ~ 30 μm rechts. Während bei der gröberen Type kompaktierte „Zellhaufen“ nachgewiesen werden können, sind bei der feinen Type im Wesentlichen nur Bruchstücke von Zellen sichtbar.

In dem vom Land Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union geförderten Projekt „Werkstoffentwicklung auf Basis von Rübenschnitzeln für marktrelevante Anwendungen“ beschäftigen sich die Unternehmen Byk-Chemie GmbH, Entex Rust & Mitschke GmbH, FKuR Kunststoffe GmbH, Fraunhofer UMSICHT und Fraunhofer WKI, Harold Scholz & Co. GmbH, Jäckering Mühlen- und Nährmittelwerke GmbH, Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH, Landwirtschaftlicher Betrieb Koch, Nova-Institut GmbH, Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG und SWOBODA engineering GmbH mit der Entwicklung eines neuartigen Verbundwerkstoffes, welcher in erster Linie als Compound für die weitere Kunststoffverarbeitung zur Verfügung gestellt werden soll. Weiterlesen